Tema propio: respiracion en motores (bis)
Aguililla
20-ene-2004 02:54
#1
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Buenas, pues no me resisto a colgar un temita, pero es algo técnico, de hecho estuvo en el foro de mecánica en su momento y se debatieron las dudas que surgieron, pero pienso que no es muy técnico y puede tener cabida en la colección "tema propio". a los que ya lo leísteis pues siento la repetición, pero quizás a alguien se le escapó o no le llamó la atencion o qué se yo... he tratado de hacerlo comprensible pero requiere un pequeño esfuerzo de "concentración" si no se está familiarizado, es decir no estar rodeado de telefonos sonando, gente chillando o simultanear con otros temas.  comenzamos. Me gustaría hablar sobre un apartado importantísimo en el objetivo de un motor de dar buenas prestaciones y consumir lo menos posible. Me refiero a la respiración. Por respiración entiendo los procesos que ocurren para introducir el aire en los cilindros y expulsarlos por el escape de la mejor forma posible. Me centraré en la admisión en motores atmosféricos y preferentemente gasolina, ya que quedan pocos diesel atmosféricos. ojo es un ladrillín, pero he tratado de hacer que se entienda por todos, a costa de simplificar, cosa que los que sabéis más, sabréis disculpar la falta de rigor en ocasiones. Allá vamos: Un parámetro básico que determina la potencia de un motor es la capacidad de aire que puede admitir. La potencia depende de varios parámetros, pero el fundamental es la masa de combustible. A más combustible quemado más potencia entregada. Que ocurre, que la gasolina es un poco "especialita" a la hora de quemarse en un motor Otto y necesita de una cantidad de aire exacta para hacerlo bien. Si tenemos exceso de aire la llama se puede apagar o haber zonas donde no se queme bien y no se aproveche. Si por el contrario tenemos exceso de gasolina al no haber aire suficiente saldrá por el escape una parte sin quemar, derrochando dinero y contaminando nuestro ambiente. Por tanto, en un motor, la cantidad de gasolina a inyectar la determina el caudal de aire que entra. Para ello está el caudalímetro, que mide el aire que entra y manda la orden de inyectar lo que corresponda. Con estas ideas básicas podemos intuir que si conseguimos meter más aire (comburente), meteremos también más gasolina (combustible) y podremos obtener más energía de la combustión. Dicha energía al liberarse, hará aumentar la presión dentro del cilindro, y como una de las paredes del cilindro es móvil (el pistón), pues éste tenderá a moverse, produciendo un par. Dicho par es proporcional a la masa admitida. Vemos ya pues una idea principal. El punto de par máximo es el punto de mejor llenado del cilindro. En principio, y si suponemos el motor como unos pulmones (los cilindros serían los pulmones), podríamos pensar que la capacidad máxima de llenado de aire es la correspondiente a su volumen. Es decir, un motor de 1.4 litros daría siempre el mismo par, puesto que su capacidad de llenarse es igual a la de otro 1.4 de otra marca. En realidad vemos que no es así, y que, con pequeñas variaciones, hay motores que dan más par que otros y a diferentes vueltas. Si el motor fuese lento y sin colectores, el proceso sería, que el pistón baja, admite aire, en el punto inferior se cierra la válvula o válvulas de admisión y su masa retenida sería proporcional al volumen (cilindrada) a la presión atmosférica. (recordad, la masa (que es lo que importa) es proporcional al volumen y a la presión. (a igualdad de volumen o cilindrada, hay más masa cuando la presión es mayor). Que ocurre, pues que un motor ni es precisamente lento, ni carece de colectores. Y aquí viene toda la teoría de diseño de colectores y de diagramas de distribución. Daré unas cuantas pinceladas por ser un tema muy extenso. el objetivo de todo es introducir más masa en el cilindro. Pero nos vemos limitados por la cilindrada. Nos queda el otro parámetro del cual depende la masa, es decir, de la presión. en un turbo es facil ganar par. Subes la presión y por ende, introduces más masa. Un atmosférico no es tan facil puesto que la presión viene limitada por la atmosférica. La masa admitida pues, tiene un tope superior que es la cilindrada (volumen) rellenada con aire a presión atmosférica. Y de ahí para abajo, puesto que por el camino hay pérdidas de presión en el filtro, en los codos, en los tubos...etc. Hay otra característica que puede ser negativa, pero que se trata de convertir en positiva, y es la compresibilidad del aire. Los gases no son algo rígido sino que bajo presión se comprimen (al contrario que un líquido). Ello hace que cuando tenemos una masa de aire y bajamos o subimos su presión, no toda la masa se "entera" a la vez, sino que una molecula empuja a la siguiente y esa a su vez a la siguiente,..etc. haciendo que el movimiento del aire sea progresivo y no instantaneo como sería de desear, existiendo retardos. El objetivo de todo diseñador es conseguir que el aire entre con la mayor presión posible. Contamos con un elemento a favor, que es la velocidad del motor. Ello se puede aprovechar para crear ondas de presión (lo que comentaba de hacer positivo el efecto de compresibilidad). En efecto, al aspirar el aire lo aceleramos en el tubo de admisión. Ello hace que por tener velocidad, momentos antes de cerrar la válvula dicho aire que aún lleva inercia, siga entrando en el cilindro creando una ligera sobrepresión, que es el objetivo. Un tubo largo y estrecho favorece este efecto, ya que la velocidad del aire es mayor y con ello su energía cinética. A altas vueltas se prefiere tubos anchos para evitar las pérdidas de presión por fricción con el tubo. El propósito de los sistemas de admisión variable es dar un camino favorable al aire según el régimen para que en todo momento se pueda aprovechar las ventajas de una admisión optimizada a ese regimen. Otro fenómeno es el de ondas. Imaginad un caldero con agua. Si lo inclinamos hacia los lados crearemos "olas". Suponed ahora que en un lado está la entrada del motor (lado izquierdo) . La ola va hacia un lado (derecho) bajando el nivel en el otro (cuando la válvula está cerrada). Cuando rebota en la pared derecha, vuelve la ola hacia la izquierda creando una presión en la pared izquierda, que aprovecharemos para abrir la válvula y que el aire entre con más presión. Espero que se entienda el ejemplo, muy simplificador. Otra estrategia para meter la mayor cantidad de aire a cualquier régimen es la distribución variable. Debido a que la inercia (energía cinética) del aire es diferente según el régimen, y a que el aire tiene una resistencia a ponerse en movimiento (es como en un atasco, cuando se abre el semáforo, pasa un tiempo hasta que el último de la fila arranca. Para entonces es posible que vuelva a estar en rojo) los ángulos de apertura y cierre de la distribución óptimos para obtener un llenado completo y sin reflujos (vuelta a la admisión) se varían de forma mecánica. Ello nos permite "planificar" la curva de par, de forma que si no hubiera admisión ni distribución variable, normalmente, el par máximo se obtiene en un punto medio del rango de revoluciones, como compromiso entre buena respuesta a bajo régimen y buenos valores de potencia máxima (par disponible a alto régimen). Como véis, en un motor atmosférico, el carácter se puede predefinir completamente con el diseño de la admisión y la distribución. Un diagrama de distribución orientado a alto régimen, mantendrá mucho tiempo abiertas las válvulas de admisión, para que a alta velocidad con la velocidad que trae el aire se quede mucha masa retenida. Por el contrario, en bajas al carecer de energía cinética el aire y tener mucho tiempo abiertas las válvulas, el aire volverá por donde entró, evitando un llenado con ligera sobrepresión como ocurre en altas. Existe una curva, llamada de rendimiento volumétrico, que valora a cada régimen (con el acelerador a fondo, mariposa abierta), la cantidad de aire que entra en el motor. Por lo comentado hay regímenes donde el llenado es mejor, en otros es peor, e incluso puede haber "jorobas", debido a que los fenómenos de ondas se "sintonizan" mejor con el motor a un número de vueltas determinado mientras que en otros regímenes el efecto puede ser contrario al deseado. Dicha curva de rendimiento volumétrico tiene una forma muy parecida a la curva de par, y es que, como digo, el principal factor que afecta al par es el aire admitido. La potencia como sabéis depende del par (aire admitido) y de las rpm a la que lo alcance (capacidad de renovar aire en un tiempo determinado de forma satisfactoria). Bueno, no se si me ha salido un ladrillo infumable, espero que a alguno le haya servido para entender un poquito más esto. saludos. |
Nihil obstat.
20-ene-2004 04:50
#3
| Muy bueno, a mi me ha gustado y he aprendido algunas cosillas con el. |
nada es lo que parece
20-ene-2004 12:56
#5
| Lo he leido de arriba abajo, gracias por "tecnificarnos " un poco. |
ForoCoches: Miembro viril
20-ene-2004 13:02
#8
Se agradece que lo vuelvas poner chus. Hay cosas que no está mal que se repitan. 
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ForoCoches: Miembro
20-ene-2004 13:05
#9
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Hola, Está muy bien explicado y muy clarito Chus, no te desanimes..... Salu2 P.D.: Sigo pensando que te deberías de dedicar a la docencia. 
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Día de reflexión...
20-ene-2004 13:43
#10
genial chus.......MUCHISIMAS GRACIAS, muy bien explicado todo !!!! 
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Saabelotodo
21-ene-2004 02:07
#12
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Escrito originalmente por DavidST220
Se agradece que lo vuelvas poner chus. Hay cosas que no está mal que se repitan.
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ForoCoches: Miembro
21-ene-2004 11:56
#13
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Hola, Chus no te voy apreguntar nada, pero sí creo que sería bueno que explicases un poco más a fondo los sistemas de medir el aire que entra en el motor. Te digo ésto porque sólo hablas del caudalímetro, que hoy en día es el más usado, sobre todo en diesel. Aunque no entres muy a fondo podías hablar de los sensores MAP, MAF, etc... Salu2 |
Aguililla
21-ene-2004 13:12
#15
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Escrito originalmente por Emilio
Hola, Chus no te voy apreguntar nada, pero sí creo que sería bueno que explicases un poco más a fondo los sistemas de medir el aire que entra en el motor. Te digo ésto porque sólo hablas del caudalímetro, que hoy en día es el más usado, sobre todo en diesel. Aunque no entres muy a fondo podías hablar de los sensores MAP, MAF, etc... Salu2 Es cierto. En un motor moderno de inyección (ya sea diesel o gasolina) es necesario conocer en todo momento la cantidad de aire que está admitiendo el motor. Esto es motivado en parte por las rígidas normativas anticontaminación que fijan una cantidad para la relación entre aire y gasolina, por tanto el sistema de inyección dosificará tanta cantidad de combustible como aire entre para que la relación sea la óptima en cada momento (ya sacaré un ladrillo sobre inyección). Por tanto vemos que es fundamental medir el aire entrante, para ello existen y han existido varios dispositivos, quedándose hoy en día 2 principales. El llamado MAF (Manifold AirFlowmeter, o medidor de flujo en colector) y el MAP (Manifold Absolute Pressure, o medidor de presión de admisión). El MAF es lo que conocemos como "caudalímetro", que se usa en muchos gasolina (sobre todo de altas potencias y precio) y en la mayoría por no decir todos los Turbodiesel del mercado. A su vez podemos distinguir dos tipos, de película caliente y de hilo caliente. Su funcionamiento a grosso modo es similar, y consiste en calentar un hilo con una corriente eléctrica. El objetivo es buscar siempre que esté a la misma temperatura por lo que si entra más aire se enfriará más y habrá que dotarlo de más corriente eléctrica para calefactarlo. Por tanto la centralita conoce la cantidad de aire que está pasando en base a esa corriente de calefacción. Últimamente vemos que el sistema, lejos de ser perfecto acarrea problemas de ensuciamiento en algunas marcas y modelos de MAF (la mayoría montados en vehiculos Turbo diesel). Para medir bien y puesto que la densidad del aire depende de la temperatura, la centralita se apoya en los datos de un sensor de temperatura para la correcta medida final. El MAP es usado por muchos gasolina, como digo, fundamentamente en bajas y medias potencias. Consiste en un sensor de presión en el colector de admisión. Conociendo la presión, las rpm del motor, y la temperatura, operando con alguna formulita podemos conocer el caudal que está entrando. Tambien por ello se le llama sistema "speed density" ya que para calcular el caudal se basa en la velocidad del motor y en la densidad del aire (que se saca con la presión y la temperatura). En principio es un sistema más fiable y simple de medir el caudal, aunque hay que adaptarlo a cada motor ya que se necesita conocer la curva de rendimiento volumétrico que comentaba en el tema principal, es decir, cuánto aire como máximo puede admitir el motor a determinadas rpm. No obstante, y debido a las estrictas normativas anticontaminación existentes últimamente se utiliza en los motores de gasolina sólo, otro método en complemento con los comentados y es la medida lambda. Lambda es la proporcion de aire y combustible que se quema, y mediante una sonda en el escape podemos medirla después de la combustión. (sonda lambda). Ello dice a la centralita si la mezcla ha sido correcta o ha sido rica o pobre, y en consonancia (los informaticos lo llamáis retroalimentación o feedback) puede regular la mezcla en base a lo ocurrido en ciclos pasados. Los fabricantes siguen determinadas estrategias, generalmente a velocidades moderadas del motor y cargas bajas (poco o medio pisado el acelerador) se guían por el valor de la sonda lambda, de forma que la mezcla sea la correspondiente a mínima contaminación, mientras que en situaciones especiales como máxima solicitación se guían por el MAF o MAP para enriquecer generalmente hasta el valor máximo que tienen memorizado. Es todo, quizas hubiera dado para otro tema, pero veo que no tienen mucha aceptación aquí, jeje. saludos y si hay alguna duda..... |
Aguililla
21-ene-2004 13:56
#16
esto es un MAP (medidor de presión): y esto un MAF (el más conocido como "caudalímetro")  saludos. |
Invitado
21-ene-2004 20:27
#18
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Los dos temas de PM, sobre todo el segundo que es del que menos idea tenia.
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........
21-ene-2004 21:45
#19
| Muy bueno Chus, pero aqui en el general no creo que tenga mucha aceptacion. |
Pasaba por aqui...
21-ene-2004 22:10
#21
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no he sido capaz de leerlo todo, pq m molestan los ojos, :P pero lo q e leido ta bien
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PEÑA VALENCIANISTA Forocoches --> Socio Nº 25
Aguililla
21-ene-2004 22:20
#22
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Escrito originalmente por BanZai
no he sido capaz de leerlo todo, pq m molestan los ojos, :P pero lo q e leido ta bien jeje, no te culpo, al menos lo has intentado saludos. |
yo mismo
21-ene-2004 22:21
#23
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agilillas mecanico´s return. Muy bueno, Muy bien explicado y facil de entender para torpes como yo. No esperaba menos de ti
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Prodrive Team Member
21-ene-2004 22:40
#25
Genial Chus! Espero poder explicar cosas como esta con tu claridad en un futuro no muy lejano... 
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Ing. Informático
22-ene-2004 02:00
#26
| joer Chus! Soy nuevo en el foro y en dos días ya me he tragao unos cuantos artículos tuyos (menudo crack que estás hecho) . Pues nada, gracias por salpicarnos con tus conocimientos.;-) CHUS RULEZ!! |
Maestro espadachín
22-ene-2004 02:10
#27
| Muy bueno, claro como el agua. Me ha gustado mucho, de momento, que me lo he guardado porque me lo quiero volver a releer más detenidamente. Ya sé que no tiene que ver con este tema, pero viendo que dominas, ¿podrías decirme como funciona una dirección asistida? es que es algo que me intriga mucho. Lo dicho Chus, un mouhtro. |
Aguililla
22-ene-2004 02:33
#28
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ufff, jeje. a grosso modo, cuando giramos el volante hacia un lado, ese movimiento es detectado y se bombea (a través de la bomba de la dirección asistida) el líquido de forma que ésta presión se añada a la fuerza de los brazos y la resultante sea mayor. A ver si encuentro algún esquema... saludos. |
Maestro espadachín
22-ene-2004 02:37
#29
| osea, que es neumática. Algo así barruntaba yo. Otra cosa que había pensado es que fuese eléctrica. Muchas gracias. |
Aguililla
22-ene-2004 02:45
#30
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no, es hidraulica. La fuente de potencia puede ser una bomba movida por el motor (sistema tradicional) o una bomba eléctrica (nuevas direcciones electrohidraulicas). saludos. |